DE649286C

DE649286C - Internal combustion engine system with supercharging and electrical power transmission

Info

Publication number: DE649286C
Application number: DES120877D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1935-12-18
Filing date: 1935-12-18
Publication date: 1937-08-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschinenanlage mit Aufladung und elektrischer Kraftübertragung, insbesondere für Schienenfahrzeuge.The invention relates to an internal combustion engine system with supercharging and electric power transmission, in particular for rail vehicles.

Es ist bekannt, bei dieselelektrischen Fahrzeugen automatische Steuerungen zu verwenden, bei denen die vom Dieselmotor abzugebende Leistung durch geeignete Abstimmung der Erregerwicklungen des Hauptgenerators sowie weiterer zur Regulierung herangezogener Maschinen für veränderliche Ströme angenähert unveränderlich gehalten wird. Wenn die Brennkraftmaschine einer solchen Stromerzeugergruppe mittels eines Gebläses aufgeladen wird, so hält der Generator die durch Aufladung vergrößerte Leistung unveränderlich. Sinkt aus irgendeinem Grunde der vom Aufladeaggregat erzeugte Druck, z. B. durch Störungen an der Turbine oder am Gebläse oder durch Aussetzen eines Zylinders, so nimmt bei gleichbleibender Belastung der Luftüberschuß in den Zylindern der Brennkraftmaschine ab, und dieselbe beginnt zu rauchen. Die Auspufftemperatur steigt, so daß die Brennkraftmaschine beschädigt werden kann, wenn dieser Zustand · längere Zeit anhält.It is known to use automatic controls in diesel-electric vehicles, in which the power to be delivered by the diesel engine is achieved through suitable coordination of the excitation windings of the main generator as well as other machines used to regulate variable currents kept approximately unchangeable will. If the internal combustion engine of such a generator group by means of a Blower is charged, the generator keeps the power increased by charging immutable. If for any reason the pressure generated by the charging unit drops, e.g. B. due to faults in the turbine or on the fan or by exposing a cylinder, it increases with constant load the excess air in the cylinders of the internal combustion engine, and the same begins to smoke. The exhaust temperature rises, so that the internal combustion engine is damaged if this condition lasts for a long time.

Die Erfindung bezweckt, diesen Übelständen abzuhelfen, und besteht darin, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche, bei Änderung des Aufladedruckes die Leistungsaufnahme des Generators durch Änderung des Widerstandes in mindestens einem der Erregerstromkreise des Generators oder weiterer zur Regulierung verwendeter Maschinen dem veränderten Aufladedruck angepaßt wird. Die Regulierung des Widerstandes kann beispielsweise durch eine Bourdon-Röhre, ein Quecksilbermanometer oder ein Membranmanometer bewirkt werden. Gegebenenfalls kann auch ein Servomotor vorgesehen sein. Die Verstellvorrichtung des Widerstandes kann auch auf das Regelorgan der Brennstoffpumpe einwirken, um den Widerstand und die Brennstoffmenge gleichzeitig verstellen zu können. Wenn mindestens zwei Aufladegruppen vorgesehen sind, kann jede Aufladegruppe mit einer eigenen Vorrichtung ₍ zur Änderung des Widerstandes in mindestens einem 'der Erregerstromkreise versehen sein und die Brennstoffpumpengruppe zu jeder Zylindergruppe für sich auf veränderte Brennstoffmenge eingestellt werden.The aim of the invention is to remedy these inconveniences, and consists in the fact that means are provided by which, when the charging pressure changes, the power consumption of the generator is adapted to the changed charging pressure by changing the resistance in at least one of the excitation circuits of the generator or other machines used for regulation . The resistance can be regulated, for example, by means of a Bourdon tube, a mercury manometer or a membrane manometer. If necessary, a servomotor can also be provided. The adjustment device of the resistance can also act on the control element of the fuel pump in order to be able to adjust the resistance and the amount of fuel at the same time. If at least two charging groups are provided, each charging group can be provided with its own device ₍ for changing the resistance in at least one of the excitation circuits and the fuel pump group for each cylinder group can be set individually to changed fuel quantity.

Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.Some embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically on the drawing.

Fig. ι zeigt eine Brennkraftmaschinenanlage, welche aus einer Brennkraftmaschine^ besteht, die mit einem Generator B gekuppelt und auf einem Rahmen C gelagert ist. Die Aufladung der Brennkraftmaschine A erfolgt durch eine Aufladegruppe D, welche einen Verdichter 1 und eine Abgasturbine 2 aufweist. Der Verdichter 1 saugt über einen Filter 3 die Luft an und drückt diese in die Aufladeleitung 4 und vonFig. Ι shows an internal combustion engine system, which consists of an internal combustion engine ^ which is coupled to a generator B and mounted on a frame C. The internal combustion engine A is charged by a charging group D, which has a compressor 1 and an exhaust gas turbine 2. The compressor 1 sucks in the air through a filter 3 and presses it into the charging line 4 and off

dort in die einzelnen Arbeitszylinder 5. £ ist die Regelvorrichtung, die in Abhängigkeit vom Druck der Aufladeluft arbeitet, F die Brennstoffpumpe und G der Regler der Brennkraftmaschine. Der Strom für den Antrieb der Elektromotoren T wird vom Generator B geliefert. In den Stromkreis 6 der Erregerwicklung 7 ist ein Widerstand 8 eingeschaltet. Die Arbeitsweise der Anlage ist folgende: Bei normalen Betriebsverhältnissen, d. h. bei Vollast der Brennkraftmaschine, wird unter der Wirkung der Bourdon-Röhre 9, die durch die Leitung 10 an die Luftleitung 4 angeschlossen ist, durch den Kontakthebel 11 der Widerstand, wie ausgezogen gezeichnet ist, auf ein Minimum, z. B. auf Null, eingestellt. Mit dem Kontakthebel 11 kann gleichzeitig ein Zeiger 12 verbunden sein, welcher den in der Leitung 4 herrschenden Druck auf einer Skala 13 anzeigt. Bei Verkleinerung des Aufladedruckes, z. B. wenn derselbe ein bestimmtes Maß unterschreitet, wird der Widerstand entsprechend vergrößert, bis der Kontakthebel 11 in der gestrichelt' angegebenen Lage ankommt. Dadurch wird die Erregung geschwächt und die Leistungsaufnahme des Generators verkleinert, so daß der Brennkraftmaschinenregler veranlaßt wird, eine dem geringeren Aufladedruck bzw. dem geringeren Luftgewicht entsprechende Brennstoffmenge einzustellen.there in the individual working cylinders 5. £ is the control device that works as a function of the pressure of the charging air, F is the fuel pump and G is the controller of the internal combustion engine. The power for driving the electric motors T is supplied by generator B. In the circuit 6 of the excitation winding 7, a resistor 8 is switched on. The operation of the system is as follows: Under normal operating conditions, ie when the internal combustion engine is at full load, the resistance is drawn through the contact lever 11, as shown in solid lines, under the action of the Bourdon tube 9, which is connected to the air line 4 by the line 10 , to a minimum, e.g. B. set to zero. At the same time, a pointer 12 , which indicates the pressure prevailing in the line 4 on a scale 13, can be connected to the contact lever 11. When reducing the boost pressure, z. B. if the same falls below a certain level, the resistance is increased accordingly until the contact lever 11 arrives in the position indicated by dashed lines. As a result, the excitation is weakened and the power consumption of the generator is reduced, so that the internal combustion engine controller is caused to set a fuel quantity corresponding to the lower boost pressure or the lower air weight.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausbildung, bei welcher die Einstellung des Widerstandes 8 durch ein Ouecksilbermanometer 15 erfolgt. Bei höherem Aufladedruck P₁ ist der Widerstand ein Minimum, beispielsweise kurz geschlossen. Bei geringerem Aufladedruck p₂ nimmt der Widerstand zu bis zum geringsten Aufladedruck (gegebenenfalls auch L^nterdruck, wenn die Luft durch den stillstehenden Verdichter angesaugt werden muß), bei welchem er ein Maximum erreicht. Dadurch wird die Erregung des Generators in entsprechender Weise beeinflußt, wie dies bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem für die Aufladung der Brennkraftmaschine A zwei Aufladegruppen D₁ und D₂ vorgesehen sind. Für die Zylinder 5', die durch die Aufladegruppe D₁ aufgeladen werden, ist die Brennstoffpumpe F₁, für die Zylinder 5" mit der Aufladegruppe D₂ die Brennstoffpumpe P₂ vorgesehen. Fig. 2 shows a further embodiment in which the setting of the resistor 8 is carried out by a mercury manometer 15. At a higher boost pressure P ₁ , the resistance is a minimum, for example short-circuited. At a lower boost pressure p ₂ , the resistance increases to the lowest boost pressure (possibly also air pressure if the air has to be sucked in through the stationary compressor), at which it reaches a maximum. As a result, the excitation of the generator is influenced in a corresponding manner, as has already been described in connection with FIG. In Fig. 3 an embodiment is shown in which two charging groups D ₁ and D _{2 are} provided for charging the internal combustion engine A. The fuel pump F ₁ is provided for the cylinders 5 'that are charged by the charging group D ₁ , and the fuel pump P _{2 is} provided for the cylinders 5 ″ with the charging group D _2.

Als weitere Ausbildung gegenüber den Einrichtungen in den Fig. 1 und 2, in welchen die Anpassung der Belastung der einzelnen Zylinder an den veränderten Aufladedruck lediglich durch Vorschalten eines Widerstandes im Feld des Generators erfolgt, ist gemäß Fig. 3 für eine Brennkraftmaschine mit zwei Aufladegruppen vorgesehen, von der vom Aufladedruck beeinflußten Vorrichtung aus neben dem Widerstand im Feld des Generators auch die Brennstoffpumpe der be-. tfeffenden Zylindergruppe zu beeinflussen, um ^ verhindern, daß die Belastung der auf den vollen Druck aufgeladenen Zylindergruppe auf das für die reduziert aufgeladene Zylindergruppe zulässige Maß verringert wird. Arbeitet eine Zylindergruppe mit einem anderen Aufladedruck als die andere Zylindergruppe, so ist dadurch eine individuelle Regelung der einzelnen Zylindergruppen möglich, so daß der Leistungsausfall bei Abfallen des Aufladedrucks einer Gebläsegruppe auf einen Kleinstwert beschränkt wird.As a further training compared to the facilities in FIGS. 1 and 2, in which adapting the load on the individual cylinders to the changed boost pressure is done only by connecting a resistor in the field of the generator is according to Fig. 3 is provided for an internal combustion engine with two supercharging groups, from the device influenced by the supercharging pressure in addition to the resistance in the field of the generator, also the fuel pump of the loading. to influence the meeting cylinder group, in order to ^ prevent the loading of the on the full pressure charged cylinder group to that for the reduced charged cylinder group permissible amount is reduced. One group of cylinders works with another Boost pressure than the other cylinder group, so this is an individual control of the individual cylinder groups possible, so that the power failure when the boost pressure drops a fan group is limited to a minimum value.

Zu diesem Zweck »sind zwei Regelvorrich-, hingen H₁ und H_z vorgesehen, die ein Membrangehäuse 20, ein Steuerorgan 21 und einen Servomotor 22 aufweisen. Das Membrangehäuse 20 steht durch das Verbindungsrohr 23 unter dem Einfluß des Aufladedrucks in der Luftleitung 4. Die Membran 33 ist durch das Gestänge 24, 25 mit dem Steuerschieber 21 und dem Kolben 27 des Servomotors 22 verbunden. Mit dem Kolben 27 ist das Gestänge 26 verbunden. Dadurch wird erreicht, daß jeder Stellung der Membran 33 eine bestimmte Größe des Widerstandes 8 entspricht. Außer dem Gestänge 26 ist mit dem Servomotorkolben 27 noch das Gestänge 28 verbunden, welches über den Winkelhebel 29 die Reglerstange 30 der Brennstoffpumpe F₁ bzw. F₂ einstellt. Zwischen den Brennstoffpumpen F₁ bzw. .F₂ und dem Regler G ist je ein federndes Zwischenglied 31 eingeschaltet.For this purpose, two control devices H ₁ and H _{z are} provided, which have a membrane housing 20, a control element 21 and a servomotor 22. The diaphragm housing 20 is under the influence of the boost pressure in the air line 4 through the connecting pipe 23. The diaphragm 33 is connected to the control slide 21 and the piston 27 of the servo motor 22 by the rods 24, 25. The rod 26 is connected to the piston 27. It is thereby achieved that each position of the diaphragm 33 corresponds to a certain size of the resistor 8. In addition to the linkage 26, the linkage 28 is also connected to the servomotor piston 27, which adjusts the control rod 30 of the fuel pump F ₁ or F _{2 via the angle lever 29.} Between the fuel pumps F ₁ or .F ₂ and the controller G , a resilient intermediate member 31 is connected.

Die Regelung der Brennkraftmaschine ist folgende: Die Membran 33 wird über die Leitung 23 durch den Druck der Aufladeluft beeinflußt. Die Bewegung der Membran 33, die durch eine Feder 34 im Gleichgewicht gehalten ist, wird über das Gestänge 25 auf den Schieber 21 übertragen, der den ölraum 35 über dem Servomotorkolben 27 mit der Druckleitung 36 oder mit dem Ablauf 37 verbindet. Die Bewegung des Kolbens 27 wird über das Gestänge 28 und den Hebel 29 auf die Reglerstange 30 der Brennstoffpumpe F₁ bzw. F₂ übertragen. Die federnde Verbindung 31 gestattet eine Verschiebung der Regulierstange 30 ohne Rücksicht auf die Stellung des Reglers G im Sinne einer Verkleinerung der Brennstoffmenge, so daß 3er Regler G nur noch auf die zu den voll aufgeladenen Zylindergruppen gehörende Brennstoffpumpe wirkt, für den Fall, daß die andere Zylindergruppe nicht mehr voll aufgeladen ist. Fig. 3 zeigt die Stellung der Regelvorrichtungen H₁ und Hg bei vollem Aufladedruck. iao Fällt aus irgendeinem Grunde z. B. in der Aufladegruppe D₂ der Aufladedruck, soThe control of the internal combustion engine is as follows: The membrane 33 is influenced via the line 23 by the pressure of the supercharging air. The movement of the membrane 33, which is kept in equilibrium by a spring 34, is transmitted via the linkage 25 to the slide 21, which connects the oil chamber 35 above the servomotor piston 27 with the pressure line 36 or with the outlet 37. The movement of the piston 27 is transmitted via the linkage 28 and the lever 29 to the control rod 30 of the fuel pump F ₁ or F ₂ . The resilient connection 31 allows a displacement of the regulating rod 30 regardless of the position of the regulator G in the sense of a reduction in the amount of fuel, so that 3-way regulator G only acts on the fuel pump belonging to the fully charged cylinder groups, in the event that the other Cylinder group is no longer fully charged. Fig. 3 shows the position of the control devices H ₁ and Hg at full boost pressure. iao falls for some reason z. B. in the charging group D _2, the boost pressure, so

drückt die Feder 34 die Membran 33 nach oben und zieht damit das Gestänge 25 in die gestrichelt gezeichnete Lage. Dadurch kann das durch die Zuleitung 40 zuströmende Druckmittel durch die Leitung 41 über den Servomotorkolben 27 gelangen und drückt diesen nach unten, wodurch der Kontakthebel in die gestrichelt gezeichnete Lage gedreht und der Widerstand 8 entsprechend vergrößert wird. Gleichzeitig wird durch das Gestänge der Hebel 29 derart verstellt, daß die Brennstoffpumpe .F₂ weniger Füllung gibt. Damit wird die Erregung des Generators geschwächt und dessen Leistungsaufnahme entsprechend dem kleiner gewordenen Aufladedruck verringert.the spring 34 pushes the membrane 33 upwards and thus pulls the linkage 25 into the position shown in dashed lines. As a result, the pressure medium flowing through the supply line 40 can pass through the line 41 via the servomotor piston 27 and press it downward, whereby the contact lever is rotated into the position shown in dashed lines and the resistor 8 is increased accordingly. At the same time, the lever 29 is adjusted by the linkage so that the fuel pump .F _{2 is} less filling. This weakens the excitation of the generator and reduces its power consumption in accordance with the lower boost pressure.

Claims

Patent claims:

ι. Combustion engine systems with charging and electrical power transmission, in particular for rail vehicles, characterized in that when the boost pressure changes, the line

Stungsaufnahme the generator (B) is adapted to the changed charging pressure by changing the resistance in at least one of the excitation circuits.
2. Internal combustion engine system according to claim 1, characterized by a generator (B), the power consumption of which at least at a certain speed by tuning the excitation windings of the generator (B) or other machines influencing the excitation of the same is kept almost invariable with a variable current intensity.

3. Combustion power machine plant according to claim 1, characterized in that that the regulation of the resistance is effected by a Bourdon tube (9).

4. Internal combustion engine system according to claim 1, characterized in that that the regulation of the resistance is effected by a mercury manometer (15) will.

5. internal combustion engine system according to claim 1, characterized in that the regulation of the resistance loading _i acts through a membrane manometer (33).

6. Internal combustion engine system according to claim 1, characterized in that that the adjustment of the resistance is effected by an auxiliary motor (servo motor) will.

7. Internal combustion engine system according to claim 1, characterized in that that the adjustment device of the resistance with the control element of the fuel pump is connected, for the purpose of being able to adjust the resistance and the amount of fuel at the same time.

8. Internal combustion engine system according to claim 7 with at least two charging groups, characterized in that each charging group (D ₁ , D ₂ ) is provided with its own device for changing the resistance in at least one of the excitation circuits and the fuel pump (F ₁ , F ₂ ) ' for each cylinder group (5 ', 5 ") can be adjusted to a different amount of fuel.

For this purpose ι sheet of drawings